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I biofilms sò un cumpunente impurtante in u sviluppu di infizzioni croniche, soprattuttu quandu i dispositi medichi sò implicati. Stu prublema presenta una sfida enormosa per a cumunità medica, postu chì l'antibiotici standard ponu eradicate solu i biofilms in una misura assai limitata. A prevenzione di a furmazione di biofilm hà purtatu à u sviluppu di diversi metudi di rivestimentu è novi materiali. I metalli, sò apparsu cum'è rivestimenti antimicrobichi ideali. À u listessu tempu, l'usu di a tecnulugia di spruzzo à freddo hè aumentatu, postu chì hè un metudu adattatu per trasfurmà materiali sensibili à a temperatura. Una parte di u scopu di stu studiu era di sviluppà un novu film antibacterial vetru metallicu cumpostu di ternary Cu-Zr-Ni utilizendu tecniche di lega meccanica. bassu temperatures.Substrates coated cù vetru metallicu eranu capaci di riduce significativamente a furmazione di biofilm da almenu 1 log paragunatu à l'acciaio inox.
In tutta a storia umana, ogni sucità hà sappiutu cuncepisce è prumove l'intruduzione di materiali novi chì rispondenu à e so esigenze specifiche, chì hà risultatu in un rendimentu megliu è classificazione in una economia globalizzata.2 Dapoi 60 anni, i scientisti di i materiali anu dedicatu assai di u so tempu à fucalizza nantu à una grande preoccupazione: a ricerca di materiali novi è d'avanguardia. Ricerche recenti anu cuncintratu à migliurà a qualità è a prestazione di i materiali esistenti, è ancu à sintetizà è inventà tipi di materiali completamente novi.
L'aghjunzione di elementi di lega, a mudificazione di a microstruttura di u materiale, è l'applicazione di tecniche di trasfurmazioni termale, meccanica o termo-meccanica anu risultatu in un significativu miglioramentu in e proprietà meccaniche, chimiche è fisiche di una varietà di materiali diffirenti. Nanotubi, punti quantistici, vetri metallici amorfi di dimensione zero, è leghe d'alta entropia sò solu alcuni esempi di materiali avanzati introdotti in u mondu da a mità di u seculu passatu. Quandu si fabricanu è si sviluppanu novi lega cù proprietà superiori, sia in u pruduttu finali, sia in e fasi intermedie di a so pruduzzione, u prublema di off-balance hè spessu aghjuntu à u risultatu d'implementazione di novi tecnichi di equilibriu di una nova classe. Alloys table, canusciutu comu bicchieri metalliche, hè statu scupertu.
U so travagliu à Caltech in u 1960 hà purtatu una rivoluzione in u cuncettu di leghe metalliche quandu sintetizzò vetru Au-25 at.% Si alliages solidificando rapidamente liquidi à quasi un milione di gradi per seconda 4. L'avvenimentu di scuperta di u prufessore Pol Duwezs ùn hà micca solu annunziatu l'iniziu di a storia di i vetri metallici (MG), ma hà ancu purtatu à un modu di studiu di metallu più grande. es in a sintesi di alliages MG, quasi tutti i vetri metallichi sò stati pruduciutu sanu sanu cù unu di i seguenti metudi;(i) solidificazione rapida di a fusione o di u vapore, (ii) disordine atomicu di u lattice, (iii) reazzioni d'amorfizazione in u statu solidu trà elementi metalli puri, è (iv) transizzioni in u statu solidu di fasi metastabili.
I MG sò distinti da a so mancanza di l'ordine atomicu longu assuciatu cù i cristalli, chì hè una caratteristica di definizione di i cristalli. In u mondu d'oghje, un grande prugressu hè statu fattu in u campu di u vetru metallicu. Sò materiali novi cù proprietà interessanti chì interessanu micca solu in a fisica di u solidu, ma ancu in a metallurgia, a chimica di a superficia è a tecnulugia di i materiali di a superficia, a tecnulugia di a chimica di a superficia, è parechji altri tipi di metalli solidi. , Facendu un candidatu interessante per l'applicazioni tecnologiche in una varietà di campi.(i) alta duttilità meccanica è forza di rendiment, (ii) alta permeabilità magnetica, (iii) coercivity bassu, (iv) resistenza à a corrosione inusual, (v) indipendenza di a temperatura A conduttività di 6,7.
L'alliatura meccanica (MA) 1,8 hè una tecnica relativamente nova, prima introdutta in u 19839 da u prufessore CC Kock è i culleghi. Anu preparatu polveri amorfi Ni60Nb40 grinding una mistura di elementi puri à a temperatura di l'ambienti assai vicinu à a temperatura di l'ambienti.Tipicamenti, a reazzione MA hè realizatu trà l'accoppiamentu diffusive di i pulveri di materiale reactant in un reactor, di solitu fattu di acciaio inox in un mulinu di palla 10 (Fig. 1a, b). Dapoi, sta tecnica di reazzione solida indotta meccanicamente hè stata aduprata per preparà novi polveri di lega di vetru amorfu / metalli chì utilizanu bassu (Fig. 5 , 16.In particulare, stu metudu hè stata utilizata per preparà sistemi immiscible cum'è Cu-Ta17, è ancu alliati à altu puntu di fusione, cum'è sistemi di metalli di transizione Al (TM; Zr, Hf, Nb è Ta) 18,19 è Fe-W20, chì ùn ponu micca esse ottenuti utilizendu rotte di preparazione cunvinziunali. nanocomposite particelle di polvere di ossidi di metalli, carburi, nitruri, idruri, nanotubi di carbone, nanodiamanti, In quantu à una larga stabilizazione via un accostu di sopra à 1 è tappe metastabile.
Schematicu chì mostra u metudu di fabricazione utilizatu per preparà Cu50(Zr50−xNix) revestimentu di vetru metallicu (MG) / SUS 304 in stu studiu. (a) Preparazione di polveri di lega MG cù diverse concentrazioni di Ni x (x; 10, 20, 30 è 40 at. %) cù a tecnica di fresatura di sfera di carica di bassa energia. in una cassetta di guanti piena di He atmosfera. (c) Un mudellu trasparente di u vasu di grinding illustrating ball motion during grinding.The produttu finali di u polveru ottenutu dopu à 50 ore hè stata utilizata per coat the SUS 304 substrate using the cold spray method (d).
Quandu si tratta di superfici di materiale in massa (substrati), l'ingegneria di a superficia implica u disignu è a mudificazione di e superfici (substrati) per furnisce certe qualità fisiche, chimiche è tecniche chì ùn sò micca cuntenute in u materiale di massa originale. Alcune proprietà chì ponu esse effittivamenti migliurate da i trattamenti di superficia includenu resistenza à l'abrasione, resistenza à l'ossidazione è a corrosione, coefficient di attritu, proprietà bio-insulare, inerzia elettrica, qualità superficiale, pò migliurà a qualità. Aduprendu tecniche metallurgiche, meccaniche o chimiche. Cum'è un prucessu ben cunnisciutu, un revestimentu hè solu definitu cum'è una sola o parechje strati di materiale dipositu artificialmente nantu à a superficia di un ughjettu ingrossu (substratu) fattu di un altru materiale. Cusì, i rivestimenti sò usati in parte per ottene alcune proprietà tecniche o decorative desiderate, è ancu per prutege i materiali da l'interazzione chimica è fisica circundante.
Per deposità strati adattati di prutezzione di a superficia cù spessori chì varienu da pochi micrometri (sottu 10-20 micrometri) à più di 30 micrometri o ancu pochi millimetri, ponu esse applicati parechji metudi è tecniche. In generale, i prucessi di rivestimentu ponu esse divisi in duie categorie: (i) metudi di rivestimentu umitu, cumprese l'electroplating, electroless plating, galvaning sur ii, i metudi di galvanica, galvanica, galvanica, galvanica, galvanica, galvanica, galvanica, galvanica, galvanica, zincatura affruntà , dipositu di vapore fisicu (PVD), dipositu di vapore chimicu (CVD), tecnichi di spruzzo termale è più recenti tecniche di spruzzo friddu 24 (Fig. 1d).
I biofilms sò definiti cum'è cumunità microbiche chì sò irreversibilmente attaccati à e superfici è circundati da polimeri extracellulari autoproduciti (EPS). A furmazione di biofilm superficialmente matura pò purtà à perdite significative in parechji settori industriali, cumprese l'industria alimentaria, i sistemi d'acqua è l'ambienti sanitari. Inoltre, i biofilmi maturi sò stati signalati per esse 1000 volte più resistenti à u trattamentu antibioticu cumparatu cù e cellule batteriche planctoniche, chì hè cunsideratu una sfida terapeutica maiò. I materiali di rivestimentu di superficia antimicrobica derivati ​​da composti organici convenzionali sò stati storicamente utilizati. Ancu se tali materiali spessu cuntenenu cumpunenti tossichi chì sò potenzalmentu risicatu per l'omu, pò aiutà à evità a distruzzione di u materiale,26.
A resistenza generalizata di i batteri à i trattamenti antibiotici per via di a furmazione di biofilm hà purtatu à a necessità di sviluppà una superficia efficace di membrana antimicrobiana chì pò esse applicata in modu sicuru. Hè necessariu, in quantità altamente cuncentrate è adattate. Questu hè ottenutu sviluppendu materiali di rivestimentu unichi cum'è grafene / germaniu28, diamante neru29 è rivestimenti di carbone simili à diamanti drogati ZnO30 chì sò resistenti à i batteri, una tecnulugia chì maximiza a tossicità è u sviluppu di resistenza per via di a furmazione di biofilm sò significativamente ridotti. sò addivintannu cchiù pupulari.Ancu tutti i trè prucedure sò capaci di pruducia effetti antimicrobial nant'à superfici coated, ognunu hà u so propiu inseme di limitazioni chì deve esse cunsideratu quandu u sviluppu strategie di applicazione.
I prudutti attualmente in u mercatu sò ostaculati da u tempu insufficiente per analizà è pruvà i rivestimenti protettivi per l'ingredienti biologicu attivi.in ogni modu, questu hè statu un ostaculu à u successu di i prudutti attualmente nantu à u mercatu. I cumposti derivati ​​​​da l'argentu sò usati in a maiò parte di e terapie antimicrobiche avà dispunibuli per i cunsumatori. Sti prudutti sò sviluppati per prutege l'utilizatori da l'effetti potenzialmente periculosi di i microorganisms.L'effettu antimicrobianu ritardatu è a toxicità assuciata di i cumposti d'argentu aumenta a prissioni annantu à i ricercatori, chì sviluppanu una alternativa antimicrobica globale. In l'internu è in l'esternu hè sempre dimustratu esse un compitu ardu. Questu hè per via di i risichi assuciati à a salute è à a sicurità. Scopre un agentu antimicrobicu chì hè menu dannusu per l'omu è capisce cumu incorpore in substrati di rivestimentu cù una durata di conservazione più longa hè un scopu assai ricercatu38. Fate questu inibendu l'aderenza bacteriana iniziale (cumpresa contru à a furmazione di una capa di prutezione nantu à a superficia) o uccidendu i batteri interferendu cù u muru di a cellula.
Fundamentalamenti, u revestimentu di a superficia hè u prucessu di mette un altru stratu nantu à a superficia di un cumpunente per rinfurzà e qualità di superficia. L'ughjettu di u revestimentu di a superficia hè di adattà a microstruttura è / o a cumpusizioni di a regione vicinu à a superficia di u cumpunente. creà u revestimentu.
(a) Inset chì mostra i principali tecnichi di fabricazione utilizati per a superficia, è (b) i vantaghji è i disadvantages selezziunati di a tecnica di spruzzo friddu.
Tecnulugia di spruzzamentu fredu sparte parechje similitudini cù i metudi di spruzzo termale cunvinziunali. Tuttavia, ci sò ancu alcune proprietà fundamentali chjave chì rendenu u prucessu di spruzzo à freddo è i materiali di spruzzamentu friddu particularmente unichi. esse funnutu per dipositu nantu à u sustrato. Ovviamente, stu prucessu di rivestimentu tradiziunale ùn hè micca adattatu per materiali assai sensibili à a temperatura, cum'è nanocristalli, nanoparticelle, vetri amorfi è metallici40, 41, 42. Inoltre, i materiali di rivestimentu di spray termale mostranu sempre alti livelli di porosità è ossidi. , (ii) flessibilità in e scelte di rivestimentu di sustrato, (iii) assenza di trasfurmazioni di fasi è crescita di granu, (iv) alta forza di ligame1,39 (Fig.2b).In più, i materiali di rivestimentu di spray friddu anu una alta resistenza à a corrosione, alta forza è durezza, alta conductività elettrica è alta densità41.Contrariu à i vantaghji di u prucessu di spray friddu, ci sò ancu parechji svantaghji per aduprà sta tecnica, cum'è mostra in Figura 2b.When rivestimentu di polveri ceramica pura, cum'è Al2O3, TiO2, WC, ZO2, etc. Polveri composite ceramica / metallu pò esse usata cum'è materia prima per i rivestimenti. U stessu passa per altri metudi di spruzzo termale. I superfici cumplicati è e superfici di tubi interni sò sempre difficiuli di spray.
In vista chì u travagliu attuale hà u scopu di utilizà pulveri metalliche vitrate cum'è materie prime di revestimentu, hè chjaru chì a spraying termale cunvinziunali ùn pò micca esse aduprata per questu scopu. Questu hè chì i pulveri metallichi vitturi cristallizzanu à temperature elevate1.
A maiò parte di l'arnesi utilizati in l'industria medica è alimentaria sò fatti di leghe d'acciaio inossidabile austeniticu (SUS316 è SUS304) cù un cuntenutu di cromu trà 12 è 20% in peso per a produzzione di strumenti chirurgici. Hè generalmente accettatu chì l'usu di cromu metallu cum'è un elementu di lega in leghe d'acciaio pò migliurà assai a resistenza di l'acciaio inossidabile, a resistenza à a corrosione ùn hè micca resistente à a corrosione standard. Esibisce proprietà antimicrobiche significative38,39. Questu cuntrasta cù a so alta resistenza à a corrosione. Dopu questu, u sviluppu di l'infezzione è l'infiammazione pò esse preditu, chì hè principalmente causatu da l'adesione bacteriana è a culunizazione nantu à a superficia di i biomateriali in acciaio inox. influenza a salute umana.
Stu studiu hè a prima fase di un prughjettu finanzatu da a Fundazione Kuwait per l'Avanzamentu di a Scienza (KFAS), u Cuntrattu N ° 2010-550401, per investigà a fattibilità di pruduce polveri ternarie Cu-Zr-Ni vitrate metalliche utilizendu a tecnulugia MA (Table 1) per a produzzione di film antibacterial / SUS304. esaminà e caratteristiche di a corrosione elettrochimica è e proprietà meccaniche di u sistema in detail.Test microbiologici detallati seranu realizati per diverse spezie bacteriale.
In questu articulu, l'effettu di u cuntenutu di l'elementu di lega Zr nantu à a capacità di furmazione di vetru (GFA) hè discututu basatu annantu à e caratteristiche morfologiche è strutturali. Inoltre, e proprietà antibacteriali di u revestimentu in polvere di vetru metallicu rivestitu / compostu SUS304 sò stati ancu discututi. systems.As esempi rapprisintanti, Cu50Zr30Ni20 è Cu50Zr20Ni30 alliati di vetru metallicu sò stati usati in stu studiu.
In questa sezione, i cambiamenti morfologichi di e polveri elementari di Cu, Zr è Ni in a fresatura di palle à bassa energia sò presentati. Cum'è esempi illustrativi, dui sistemi diffirenti cumposti da Cu50Zr20Ni30 è Cu50Zr40Ni10 seranu usati cum'è esempi rappresentativi. U prucessu MA pò esse divisu in trè fasi distinte, cum'è mostratu da a carattarizazione metalografica di a figura 3.
E caratteristiche metallografiche di e polveri di lega meccanica (MA) ottenute dopu à e diverse tappe di u tempu di fresatura di sfera. L'imaghjini di microscopia elettronica a scansione di emissioni di campu (FE-SEM) di i polveri MA è Cu50Zr40Ni10 ottenuti dopu à i tempi di fresatura di bola à bassa energia di 3, 12 è 50 h sò mostrati in (a), (c) è in u stessu sistema Cu50Zr20, (c) è in Corrispondenza di l'imaghjini di u sistema MA, (c) è Corresponding. Sistema Cu50Zr40Ni10 pigliatu dopu à u tempu sò mostrati in (b), (d) è (f).
Durante a fresatura di palle, l'energia cinetica efficace chì pò esse trasferita à a polvera metallica hè affettata da a cumminazzioni di parametri, cum'è mostra in Fig. 1a. Questu include scontri trà sfere è polveri, cisura cumpressiva di polveri appiccicate trà o trà i media di macinazione, impattu di sfere cadenti, cisura è usura per via di caduta di sfere, cisura è usura per via di trascinamentu di palle è trascinamentu di palle. Fig. 1a).Cu, Zr è Ni powders elementali sò stati severamente deformati per a saldatura à u friddu in u stadiu iniziale di MA (3 h), risultannu in particeddi grossi di polveri (> 1 mm di diametru) un aumentu di l'energia cinetica di u mulinu di palle, risultatu in a descomposizione di u polveru cumpostu in polveri più fini (menu di 200 µm), cum'è mostratu in Fig. 3c, d. In questa fase, a forza di taglio applicata porta à a furmazione di una nova superficia metallica cù strati fini Cu, Zr, Ni suggerimenti, cum'è mostratu in a fig. vole à generà novi fasi.
À u climax di u prucessu MA (dopu à 50 h), a metallografia flaky era solu pocu visibile (Fig. 3e, f), ma a superficia pulita di u polu dimustrava metallografia di specchiu. Questu significa chì u prucessu MA hè statu finitu è ​​a creazione di una sola fase di reazione hè accaduta. A cumpusizioni elementari di e regioni indexate in Fig. scopy (FE-SEM) cumminata cù spettroscopia di raghji X dispersiva d'energia (EDS) (IV).
In a Tabella 2, i cuncentrazioni elementari di elementi di lega sò mostrati cum'è un percentinu di u pesu tutale di ogni regione selezziunata in Fig. 3e,f. Quandu paragunate questi risultati cù e cumpusizioni nominali iniziali di Cu50Zr20Ni30 è Cu50Zr40Ni10 elencati in a Tabella 1, si pò vede chì e cumpusizioni di sti dui prudutti finali anu u valore nominali più simile à u valore nominale di a cumpusizioni F listinu. d in Fig. 3e,f ùn implica micca un deterioramentu significativu o fluttuazione in a cumpusizioni di ogni mostra da una regione à l'altru. Questu hè pruvucatu da u fattu chì ùn ci hè micca un cambiamentu in a cumpusizioni da una regione à l'altru. Questu puntu à a pruduzzione di polveri d'aliati homogeni, cum'è mostra in Table 2.
Micrografie FE-SEM di u pruduttu finale Cu50 (Zr50−xNix) in polvere sò stati ottenuti dopu à 50 MA volte, cum'è mostra in Fig. 4a-d, induve x hè 10, 20, 30 è 40 at.%, rispettivamente. chì varieghja da 73 à 126 nm, cum'è mostra in Figura 4.
E caratteristiche morfologiche di i polveri Cu50(Zr50−xNix) ottenuti dopu à u tempu di MA di 50 h.Per i sistemi Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, l'imaghjini FE-SEM di i polveri sò ottinuti dopu à 50, (a) MA, rispettivamente, (b) è i tempi 50.
Prima di carricà i polveri in un alimentatore di spray friddu, sò stati prima sonicati in etanolu di qualità analitica per 15 minuti è poi siccati à 150 ° C per 2 ore. Stu passu deve esse fattu per cumbatte bè l'agglomerazione chì spessu causa assai prublemi significativi in ​​tuttu u prucessu di rivestimentu. Micrografie FE-SEM è l'imaghjini EDS currispundenti di l'elementi di aleazione Cu, Zr è Ni di a lega Cu50Zr30Ni20 ottenuta dopu à 50 h di u tempu M, rispettivamente. Si deve esse nutatu chì i polveri di lega prudutte dopu à stu passu sò omogenei, postu chì ùn mostranu alcuna fluttuazioni cumpusizioni oltre u livellu sub-nanometru 5, cum'è mostra in u livellu sub-nanometru 5.
Morfologia è distribuzione elementale locale di MG Cu50Zr30Ni20 in polvere ottenuta dopu à 50 MA volte da spettroscopia di raggi X dispersiva FE-SEM / energia (EDS).
I mudelli XRD di Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 è Cu50Zr20Ni30 alliati meccanicamente ottenuti dopu à u tempu MA di 50 h sò mostrati in Fig. 6a-d, rispettivamente.
Modelli XRD di (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 è (d) Cu50Zr20Ni30 powders dopu à u tempu MA di 50 h.All samples senza eccezzioni dimustrava un mudellu di diffusione di halo, chì implica a furmazione di una fase amorfa.
A microscopia elettronica di trasmissione d'emissione di campu d'alta risoluzione (FE-HRTEM) hè stata aduprata per osservà i cambiamenti strutturali è capisce a struttura lucale di i polveri risultanti da a fresatura di palla in diversi tempi MA. à l'imaghjini di u campu luminoso (BFI) di u polu pruduciutu dopu MA​​ 6 h, u polu hè cumpostu di grani grossi cù cunfini ben definiti di l'elementi fcc-Cu, hcp-Zr è fcc-Ni, è ùn ci hè micca signu chì a fase di reazione hè furmatu, cum'è mostra in Fig. 7a. mudellu d'azzione (Fig. 7b), chì indica a prisenza di grandi cristalli è l'absenza di una fase reattiva.
Caratterizzazione strutturale locale di polvere MA ottenuta dopu fasi iniziali (6 h) è intermediate (18 h). (a) Microscopia elettronica di trasmissione di alta risoluzione di emissione di campu (FE-HRTEM), è (b) u mudellu di diffrazione di l'area selezionata (SADP) di Cu50Zr30Ni20 in polvere dopu u trattamentu MA per 6 h. ).
As mostra in Fig. 7c, allargà a durazione MA à 18 h risultatu in difetti lattice severi cumminati cù deformation.During plastica.Durante sta tappa intermedia di u prucessu MA, u polu exhibe diversi difetti, cumpresi difetti di stacking, difetti di lattice, è difetti di puntu (Figura 7). 7c).
A struttura lucale di Cu50Z30Ni20 powder macinata per 36 h MA tempu hà a furmazione di nanograins ultrafine incrustati in una matrice fina amorfa, cum'è mostratu in Fig. 8a. L'analisi EDS Locali indicava chì quelli nanoclusters mostrati in Fig. 8a eranu assuciati cù Cu, Zr è Ni unprocessed cuntenuti in polvere di u stessu tempu. una zona) à ~ 74 at.% (zona ricca), chì indicanu a furmazione di prudutti eterogenei. Inoltre, i SADP currispundenti di i polveri ottenuti dopu a fresatura in questa tappa mostranu anelli primari è secundarii di halo-diffusing di a fase amorfa, chì si sovrapponenu cù punti sharp associati à quelli elementi alliati crudi, cum'è mostra in Fig. 8b.
Al di là di 36 h-Cu50Zr30Ni20 powder nanoscale caratteristiche strutturali lucali. (a) Bright field image (BFI) è currispondente (b) SADP di Cu50Zr30Ni20 powder ottenutu dopu a fresatura per 36 h MA time.
Vicinu à a fine di u prucessu MA (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X;10, 20, 30 è 40 at.% powders invariabilmente anu una morfologia di fase amorfa labirintica cum'è mostra in Fig. 9a-d. In u SADP currispundente di ogni cumpusizioni, nè diffrazioni puntiformi nè mudelli anulari affilati ùn ponu esse rilevati. Questu indica chì ùn hè micca un processu di metallu unprocessatu, piuttostu currettu. ted SADPs chì mostra mudelli di diffusione halo sò stati ancu usati com'è evidenza per u sviluppu di fasi amorfi in u materiale di u pruduttu finali.
Struttura locale di u pruduttu finali di u sistema MG Cu50 (Zr50−xNix). FE-HRTEM è mudelli di diffrazione nanobeam correlati (NBDP) di (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 è (d) Cu50Zr20Ni30 è (d) Cu50Zr20Ni30 ottenuti dopu 15Ni h 400 MA.
A stabilità termica di a temperatura di transizione vetru (Tg), a regione di liquidu subcooled (ΔTx) è a temperatura di cristallizazione (Tx) in funzione di u cuntenutu Ni (x) di u sistema amorfu Cu50(Zr50−xNix) hè stata investigata utilizendu a calorimetria di scanning differenziale (DSC) di proprietà sottu u flussu di gas He. 10a, b, e, rispettivamente. Mentre a curva DSC di Cu50Zr20Ni30 amorfu hè mostrata per separatamente in Fig. 10c. Intantu, u Cu50Zr30Ni20 campione hè mostratu in °C in ~ DSC 700.
Stabilità termica di polveri Cu50(Zr50−xNix) MG ottenute dopu à un tempu MA di 50 h, cum'è indexatu da a temperatura di transizione vetru (Tg), a temperatura di cristallizazione (Tx) è a regione di liquidu subcooled (ΔTx). 0Ni30 è (e) Cu50Zr10Ni40 MG polveri di lega dopu à u tempu MA di 50 h.U mudellu di diffrazione di raghji X (XRD) di u sample Cu50Zr30Ni20 riscaldatu à ~ 700 ° C in DSC hè mostratu in (d).
Cum'è mostra in a Figura 10, e curve DSC di tutte e cumpusizioni cù diverse concentrazioni di Ni (x) indicanu dui casi diffirenti, unu endotermicu è l'altru esotermicu. U primu avvenimentu endotermicu currisponde à Tg, mentre chì u sicondu hè ligatu à Tx. A regione di span horizontale chì esiste trà Tg è Tx hè chjamata a regione liquida subcooled (ΔTx = Tx = Tx 0 = Tx 0 = Tx = Tx0) 0 campionu (Fig. 10a), pusatu à 526 ° C è 612 ° C, sposta u cuntenutu (x) à 20 at.% versu u latu di bassa temperatura di 482 ° C è 563 ° C cù u cuntenutu di Ni crescente (x), rispettivamente, cum'è mostra in Figura 10b. 1 ° C per Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b). Per l'aleazione MG Cu50Zr40Ni10, hè statu ancu osservatu chì i valori di Tg, Tx è ΔTx diminuinu à u livellu di 447 ° C, 526 ° C è 79 ° C (Fig. 10b). .In cuntrastu, u valore Tg (507 ° C) di l'alliage MG Cu50Zr20Ni30 hè più bassu di quellu di l'alliage MG Cu50Zr40Ni10;in ogni modu, u so Tx mostra un valore paragunabile à u primu (612 ° C). Per quessa, ΔTx mostra un valore più altu (87 ° C), cum'è mostra in Fig. 10c.
U sistema MG Cu50(Zr50−xNix), pigliendu a lega MG Cu50Zr20Ni30 per esempiu, si cristallizza attraversu un piccu esotermicu forte in e fasi cristalline di fcc-ZrCu5, ortorrombic-Zr7Cu10 è orthorhombic-ZrNi (Fig. MG sample (Fig. 10d), chì hè stata calda à 700 ° C in DSC.
A figura 11 mostra e fotografie scattate durante u prucessu di spruzzamentu à freddo realizatu in u travagliu attuale. In questu studiu, e particelle di polveri metalliche simili à vetru sintetizzate dopu à u tempu MA di 50 h (pigliendu Cu50Zr20Ni30 cum'è un esempiu) sò state aduprate cum'è materie prime antibacteriale, è a piastra d'acciaio inossidabile (SUS304) hè stata rivestita da a tecnulugia di spruzzatura fredda hè stata scelta per a tecnulugia di spruzzatura fredda. Metudu efficace in a serie di spruzzo termale è pò esse usatu per materiali metastabili sensibili à a temperatura, cum'è i polveri amorfi è nanocristallini, chì ùn sò micca sottumessi à transizioni di fase. Questu hè u fattore principale in a scelta di stu metudu. U prucessu di spruzzamentu à freddo hè realizatu utilizendu particelle d'alta velocità chì cunverte l'energia cinetica di e particelle in deformazione plastica in deformazione plastica, dipositu di sustrato è di calore precedente.
I ritratti di u campu mostranu a prucedura di spray à freddo utilizata per cinque preparazioni consecutivi di MG coating/SUS 304 à 550 °C.
L'energia cinetica di e particelle, è dunque l'impulsu di ogni particella in a furmazione di u revestimentu, deve esse cunvertita in altre forme d'energia per mezu di meccanismi cum'è a deformazione plastica (particella iniziale è interazzione particella-particella in u sustrato è interazzione particella), vuoti Consolidazione, rotazione particella-particella, tensione è ultimamente u calore 39. collisione elastica, chì significa chì i particeddi simpricimenti rimbalzanu dopu à l'impattu. Hè statu signalatu chì 90% di l'energia di l'impattu appiicata à u materiale di particella / substratu hè cunvertita in u calore lucale 40 .In più, quandu u stress d'impattu hè appiicatu, i tassi di strain plastichi elevati sò ottenuti in a regione di particella / substratu di cuntattu in pocu tempu41,42.
A deformazione plastica hè generalmente cunsiderata un prucessu di dissipazione di l'energia, o più specificamente, una fonte di calore in a regione interfaccia. Tuttavia, l'aumentu di a temperatura in a regione interfaccia hè generalmente micca abbastanza per pruduce a fusione interfacial o per prumove significativamente l'interdiffusion atomica.
U BFI di MG Cu50Zr20Ni30 alloy powder pò esse vistu in Fig. 12a, chì hè stata rivestita nantu à u sustrato SUS 304 (Figs. 11, 12b) .Comu si pò vede da a figura, i polveri rivestiti mantenenu a so struttura amorfa originale cum'è anu una struttura di labirintu dilicatu di labirintu dilicatu, senza alcuna presenza di labirintu di l'altri caratteristiche di difettu, senza alcuna prisenza di l'immagini di u lattice di a manu, l'indicazione di l'altri. fase straniera, cum'è suggeritu da nanoparticule incorporati in a matrice di polvere MG-coated (Fig. 12a).Figura 12c depicts u mudellu di diffrazione nanobeam indexed (NBDP) assuciatu cù a regione I (Figura 12a).As mostra in Fig. r2Ni metastable plus tetragonal CuO phase. A furmazione di CuO pò esse attribuita à l'ossidazione di u polveru quandu viaghja da a bocca di a pistola spray à SUS 304 in l'aria aperta sottu u flussu supersonicu. Per d 'altra banda, a devitrificazione di i polveri metallichi vitrati hà ottinutu a furmazione di grandi fasi di trattamentu cúbicu per 5350 min fred °C.
(a) FE-HRTEM image of MG powder coated on (b) SUS 304 substrate (inset of figure). L'indice NBDP di u simbulu circular mostratu in (a) hè mostratu in (c).
Per verificà stu mecanismu potenziale per a furmazione di nanoparticuli Zr2Ni cúbichi grandi, hè statu realizatu un esperimentu indipindente. In questu esperimentu, i polveri sò stati spruzzati da una pistola spray à 550 ° C in a direzzione di u sustrato SUS 304;in ogni modu, per elucidate l'effettu di l'anneling di i polveri, sò stati sguassati da a striscia SUS304 u più prestu pussibule (circa 60 seconde). Un altru gruppu di esperimenti hè statu realizatu in quale u polu hè statu eliminatu da u sustrato circa 180 seconde dopu a deposizione.
I figure 13a,b mostranu l'imaghjini di u campu scuru (DFI) ottenuti da a microscopia elettronica di trasmissione di scansione (STEM) di dui materiali spruzzati dipositati nantu à sustrati SUS 304 per 60 s è 180 s, rispettivamente. L'immagine in polvere dipositata per 60 seconde ùn hà micca dettagliu morfologicu, chì mostra l'assenza di caratteristiche (Fig. morfo, cum'è indicatu da i massimi di diffrazione primariu è secundariu largu mostratu in a Figura 14a. Questi indicanu l'assenza di precipitazione metastabile / mesophase, induve a polvera conserva a so struttura amorfa originale. In cuntrastu, a polvera spruzzata à a listessa temperatura (550 ° C), ma lasciata nantu à u sustrato per 180 s di precipitazioni, mostratu da a freccia nano-b fig. .